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Fiche détaillée Thèses
Université Paris-Diderot - Paris VII (21/09/2007), Christian Amatore (Dir.)
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Contrôle et analyse électrochimique de la réactivité biologique à l'échelle de la cellule unique dans un dispositif microfluidique
Cécile Crozatier1

Les systèmes d'analyse miniaturisés sont particulièrement adaptés pour les analyses de cellules en faible nombre ou de cellules isolées. Une telle diminution du volume d'analyse permet une augmentation de la concentration locale et par conséquent une augmentation de la sensibilité des mesures effectuées. Les travaux présentés dans cette thèse se positionnent dans ce cadre en proposant un outil analytique novateur, couplant le contrôle dynamique des micro-environnements de la cellule par la microfluidique et l'analyse instantanée et locale des espèces en solution par l'électrochimie.
Grâce au développement d'outils modulables de culture cellulaire et de manipulation de cellules vivantes dans des dispositifs microfluidiques, nous avons mis en place le contrôle dynamique stable de stimulations chimiques sur une population de cellules souches mésenchymateuses (CSM) en culture et poursuivons cette étude dans le but d'induire la réactivité cellulaire des CSM vers la voie de différenciation neuronale.
Le développement d'un microsystème intégré de détection électrochimique du stress oxydant sur cellules uniques est mis en oeuvre à travers la réalisation d'un dispositif microfluidique intégré consistant en un réseau de chambres de mesures, contenant des microélectrodes fonctionnelles, et permettant d'isoler des macrophages uniques et de les maintenir en survie pendant plusieurs dizaines de minutes, durée suffisante pour réaliser nos mesures électrochimiques. En faisant varier les conditions de mesure, comme le nombre de cellules sondées dans le même micro-environnement, la nature du stimulus ou la présence ou non de communication cellulaire avec une population voisine, nous posons les bases d'une analyse originale jamais réalisée jusqu'à présent.
1 :  PASTEUR - Processus d'Activation Sélective par Transfert d'Energie Uni-électronique ou Radiatif
microfluidique – électrochimie – analyse cellulaire

For the analytical study of single cells or small groups of cells, it is of the utmost importance to reduce the sample volume and therefore to increase both the local concentration of the analytes and the sensitivity of the measurements. Micro-analytical systems are particularly relevant for such purposes. This thesis presents a novel analytical tool, coupling the dynamic control of micro-environments with microfluidics and the instant and local analysis of electroactive molecules with
electrochemistry.
With the development of convenient microfluidic cell culture tools and cell manipulation schemes, we have set up a stable and long-term dynamic control of chemical stimulations on a population of Mesenchymal Stem Cells (MSC). We are striving towards the induction of MSC's biological reactivity into the neuronal differentiation pathway.
To demonstrate an on-chip electrochemical detection of oxydative stress on single cells, we have fabricated a sophisticated microsystem with an array of detection chambers, each addressed by a microelectrode, and in which macrophage cells can be trapped and maintained alive throughout the detection time. By varying the detection conditions, the number of cells inves-
tigated in the same micro-environment, the type of stimulations or the degree of intercellular communications between the objects investigated, we are establishing the building blocks for an unparalleled analytical study that has yet to be realized.